Сильное зависящее от энергии поглощение вблизи края запрещенной зоны прямозонного полупроводника (рис. 2.7) приводит к существенному самопоглощению люминесценции и

“О

I

I I

I

В

і

і

Рис. 3.46. Влияние самопоглощеиия излучения на спектр электролюминесцен­ции планарного светодиода при Т « 300К [II].

а — излучение регистрируется со стороны р-области диода, изображенного на вставке; б — излучение регистрируется со стороны л-области.

К искажению формы полосы люминесценции. Самопоглощение более существенно в материале р-типа или в сильнокомпенсиро - ванном «-материале (рис. .3.46), поскольку край поглощения в них сдвинут в область меньших энергий (рис. 2.7). Если удается избежать отражений от задней грани кристалла, то в экспериментах по фотолюминесценции (рис. 3.46) можно полу­чить неискаженный спектр, так как в этом случае излучение возникает в слое кристалла толщиной порядка I мкм, лежащем у поверхности. Излучение большинства GaAs-диодов выходит из p-области перехода. Это является следствием большой величины отношения масс m*hJm*e»7, определяющего условия инжекции

трудно применять соотношение (3.33) для введения поправок в форму спектра диодов с р — n-переходом, поскольку вслед ствие многократного полного внутреннего отражения излучени неточно определено значение d (угол полного внутреннего ОТр£ жения для границы GaAs — воздух равен всего 1,6°). Более пс дробно поправка на самопоглощение рассматривается в гл. ( Влияние самопоглощения может быть сведено к минимум несколькими способами. В одном из них излучение лучше сс бирать со стороны n-области р — n-перехода или через очен тонкое окно р-области [203]. Тем не менее Арчер и Керпс [248 нашли, что внешний квантовый выход равен всего ~10/с если даже собирать свет со стороны д-области, когда внутрег ний квантовый выход г]/ « 50%. В раббте [249] показано, чт в сильнокомпенсированном GaAs максимум люминесценции мс жет быть существенно меньше Eg, где а составляет ~ 1 см~ а не несколько тысяч, как обычно. Такое преимущество компен сированного материала удобно реализовать в светодиодах, легі; рованных Si, поскольку Si — амфотерная примесь [250]. Люмн несценция таких диодов nponcxoflnf при а << 100 см-1 (рис. 3.47 Для однородной плотности фотонов в диоде с малым средний коэффициентом поглощения а можно, записать следующее соот - 1 ношение между ці и т]я при спонтанной люминесценции [251а, 1

2516]

• гіЕ = ті//(1+аіда,

где

(3.35)

щ, п% — показатели преломления полупроводника и окружающей ‘ среды, V — объем кристалла, А — площадь поверхности кри­сталла. Это соотношение было проверено для т)красн в GaP [252].

Влияние самопоглощения на спектры в слаболегированном GaAs обсуждалось в разд. 3.3.5.

Весьма интересны амфотерные свойства Si в GaAs, в особен­ности с точки зрения создания светодиодов с большим внешним квантовым выходом (гл. 4). Спитцер и Паниш [253] исследо­вали характерные инфракрасные линии поглощения локальных фононов, связанных с SiGa и SiAs - Они пришли к выводу, что хорошо известный переход от проводимости гс-типа к проводи­мости р-типа, наблюдаемый вблизи 850 °С при уменьшении тем­пературы роста кристалла, выращиваемого из расплава GaAs : Si, не сопровождается достаточно большим изменением спектра локальных линий, таким, чтобы в диапазоне более низ­ких температур МОГЛО бЫТЬ ВЫПОЛНеНО СООТНОШеНИе [SiAs] > > [Siaa]; следовательно, этот переход должен возникать ПО дру­гой, не установленной пока причине. Это предположение было радикальным, поскольку соответствующие концентрации носи­телей высоки (вплоть до 1018 см-3), и кажется невероятным, что в процессе производства столь плохо контролировалось содер­жание примесей, что проводимость определяется каким-то дру­гим, неконтролируемым акцептором. Ньюмен [254], однако, про­анализировал эти эффекты, связанные с локальными фононами, и, пришел к выводу, что отношение сил осцилляторов для коле-

баний SiGa и SiAs равно ~2, а не ~1, как предполагалось в бо­лее ранних работах [253], так что объяснение этих эффектов ролью электрических свойств Si в GaAs может быть вполне приемлемым. Несмотря на это Кунг и Спитнер [254а] исполь­зовали величину соотношения ~ 1 при анализе влияния поло­жения уровня Ферми на распределение Si по узлам решетки, на которое влияют одновременно введенные доноры Те или акцеп­торы Zn и Mg. Их результаты согласуются в той мере, в какой их можно сравнивать с простой термодинамической моделью Лонжини и Грина [2546]. Несомненно, упругие константы для колебаний SiGa и SiAs почти эквивалентны [254в].

В работе [255] найдено, что температура роста, при которой происходит переход от п - к р-типу проводимости, уменьшается по логарифмическому закону с ростом отношения атомных кон­центраций А1 и As в GaAlAs, опускаясь до ~ 700 °С при Xa/xas « 0,5. Чо и Хаяши [256] показали, что GaAs с заданным профилем легирования может быть получен методом молекуляр­ной эпитаксии. Присутствие акцептора с уровнем ~0,1 эВ, с ко­торым связаны процессы, проиллюстрированные на рис. 3.47, может быть заметно даже в слабо легированном кремнием GaAs, выращенном методом жидкостной эпитаксии (рис. 3.48). Этот важный с точки зрения технологии примесный центр в на­стоящее время пока неидентифицирован. Предположение, что он возникает из комплексов SiGa — Sas, кажется совершенно не­правдоподобным [256а]. Этот комплекс является изоэлектрон - ной примесью замещения, а не акцептором и не должен давать связанного состояния, поскольку Еа-{- Е0 ~ 0,04 эВ значительно меньше е2/ег да 0,5 эВ [равенство (3.12)]. Некоторые свойства компенсации GaAs я-типа при загрязнении кремнием [220а] и поведение электропроводности GaAs: Si при отжиге [2566] также указывают на то, что поведение этой амфотерной при­меси является сложным.